O significado da duração da fase de tensão constante no carregamento de baterias de lítio

A duração da fase de tensão constante reflete a magnitude da relação de corrente constante. Do ponto de vista dos dados, é a representação mais direta do estado interno da bateria.

I. Qual é a relação de corrente constante?

A tecnologia de carregamento padrão mais comum é o carregamento de corrente constante/tensão constante, ou seja, CC (corrente constante) + CV (tensão constante). A fase de corrente constante é o processo de carregamento rápido, onde o carregador carrega com uma corrente fixa alta e a tensão da bateria aumenta continuamente. Quando a tensão atinge seu limite superior (por exemplo, 4,3 V para células ternárias de lítio), ela muda automaticamente para a fase de tensão constante. Neste momento, a tensão permanece constante e a corrente diminui gradualmente até cair para 0,05C-0,1C, ponto em que o carregamento termina. Razão de corrente constante = CC / (CC + CV)

II. O mecanismo de duração da fase de tensão constante

A duração da fase de tensão constante é afetada fundamentalmente por dois fatores: mudanças na resistência interna e polarização.

1. Mudanças na Resistência Interna
De acordo com a Lei de Ohm U=IR, sob uma corrente de carga constante, um aumento na resistência interna da bateria resultará em uma maior queda de tensão ôhmica. Isso resulta no que comumente chamamos de tensão "artificialmente alta" - a quantidade real de carga armazenada dentro da bateria está longe de estar cheia, mas a tensão terminal medida externamente já atingiu a tensão de corte de carga, forçando a bateria a mudar prematuramente do estágio de corrente constante para o estágio de tensão constante.

2. Influência da Polarização
A tensão de polarização refere-se à diferença entre o potencial operacional real do eletrodo e o potencial de equilíbrio termodinâmico. Podemos entender isso com uma fórmula simples: Tensão medida externamente = Tensão verdadeira de circuito aberto da bateria + Queda de tensão ôhmica + Tensão de polarização. No final do carregamento de corrente constante, quando a tensão medida externamente atinge a tensão de terminação, após deduzir a queda de tensão ôhmica e a tensão de polarização, a verdadeira tensão de circuito aberto da bateria ainda está muito abaixo da tensão de carga total.

A essência do estágio de tensão constante é reduzir gradualmente a corrente de carga para reduzir simultaneamente a queda de tensão ôhmica e a tensão de polarização, permitindo que a verdadeira tensão de circuito aberto da bateria suba lentamente até o verdadeiro nível de carga total. Quando a resistência de polarização da bateria aumenta significativamente, significa que são necessários mais tempo e uma corrente menor para reduzir a tensão de polarização a um nível suficientemente baixo para completar o carregamento da carga restante.

III. A duração da fase de tensão constante reflete as características da bateria

1. Estado de saúde celular:

A relação de corrente constante está altamente correlacionada positivamente com o Estado de Saúde (SOH) da bateria. A relação de corrente constante diminui gradualmente com o aumento da contagem de ciclos.

2. Capacidade de carregamento rápido:

A relação de corrente constante reflete a capacidade de carregamento rápido. Diferentes taxas de carregamento (1C, 2C, 3C) resultam em diferentes relações de corrente constante. Além disso, a relação de corrente constante diminui com o aumento da taxa de carregamento. Portanto, na mesma taxa de carregamento, uma relação de corrente constante mais alta indica melhor capacidade de carregamento rápido.

3. Desempenho de segurança:

Uma relação de corrente constante mais baixa indica uma fase de tensão constante mais longa, sugerindo maior resistência interna dentro da célula. Uma queda acentuada na relação de corrente constante com o aumento da contagem do ciclo celular indica frequentemente sérios riscos de segurança. A alta resistência interna leva à geração excessiva de calor durante o carregamento, acelerando o envelhecimento da bateria. Mais perigosamente, baterias muito envelhecidas, quando carregadas com baixa corrente por longos períodos no final da fase de tensão constante, sofrem deterioração na dinâmica negativa do eletrodo, acionando facilmente o revestimento de lítio. O metal de lítio depositado pode perfurar o separador, causando curto-circuitos internos ou até mesmo fuga térmica.

4. Consistência da bateria
Em veículos elétricos ou baterias de armazenamento de energia, a diferença no tempo de tensão constante entre células individuais é um indicador crucial de consistência. Se o tempo de tensão constante de uma célula for significativamente maior do que outros, isso indica um envelhecimento mais severo, maior resistência interna e se tornará um “elo fraco” em toda a bateria, limitando o desempenho geral e aumentando os riscos de segurança.

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Resumo: A duração da fase de tensão constante para células novas é determinada pela taxa de carga, temperatura ambiente, sistema químico e tensão de corte de carga.